CLOUD NATIVE & JEEFREUND ODER FEIND?

Josef Adersberger ( @adersberger)

★ Design for Distribution: Container, Microservices, API-getriebene Entwicklung

★ Design for Performance: Responsive, nebenläufig, ressourcenschonend

★ Design for Automation: Dev- und Ops-Aufgaben automatisieren

★ Design for Resiliency: Fehlertolerant und selbst-heilend

★ Design for Elasticity: Dynamisch skalierbar und reaktiv

★ Design for Delivery: Kurze Roundtrips und automatisierte Provisionierung

★ Design for Diagnosability: Cluster-weite Logs, Metriken und Traces

2

Mehr Ordnung: Cloud Native Maturity Model (https://de.slideshare.net/Pivotal/the-cloud-native-journey-58445711)Mehr Lösung: The Twelve-Factor App Methodology (https://12factor.net)

Design-Prinzipien für Cloud Native Applications

JEE

CLOUDNATIVE

+ =

CLOUDNATIVE

JEE

instagram.com/toby_littledude

JEE IST AKTUELL WEDER HÄSSLICH NOCH REIN AUF MONOLITHEN AUSGELEGT

▸Die JEE API ist modular und in vielen Teilen leichtgewichtig(unter uns: manchmal fühlt sich Spring schwergewichtiger an)

▸Neben den klassischen Application Servern sind nun auch JEE Micro Container verfügbar, mit denen JEE-Anwendungen in Microservices geschnitten werden können

▸Das Wissen ist breit verteilt, wie Enterprise Anwendungen auf Basis JEE entwickelt werden können

▸Die JEE API ist standardisiert und reif. Die Implementierungen sind “battle proven”.

▸… aber leider werden auch in JEE 8 die Design-Prinzipien von Cloud Native Applications noch zu wenig berücksichtigt. Mit Hilfe von Open-Source-Bausteinen gelingt dies aber trotzdem.

JEECLOUDNATIVE

+ =

CLOUDNATIVE

JEE

instagram.com/toby_littledude

SICHT DES ARCHITEKTENSCLOUD NATIVE JEE

WIR NEIGEN DAZU, JEE-ANWENDUNGEN IN SCHWERGEWICHTIGEN APPSERVERN ALS AUSFÜHRUNGSMONOLITHEN LAUFEN ZU LASSEN

DESIGN CODE RUN

startup-cluster.sh

JEE Impl.

JEE App Server

JEE MICRO CONTAINER ERMÖGLICHEN JEE AUSFÜHRUNGSKOMPONENTEN (MICROSERVICES) IN EINER MAßGESCHNEIDERTEN AUSFÜHRUNGSUMGEBUNG

DESIGN CODE RUN

main()

JEE impl. parts

EINE CLOUD AN JEE MICROSERVICES! MISSION ERFOLGREICH?

image: https://www.dreamstime.com

eine Cloud ist nicht nichts

CLOUD NATIVE STACK

JEE MICROSERVICES

CLUSTER VIRTUALIZATION (computing, network, storage, memory)

CLUSTER RESOURCE MANAGER

CLUSTER ORCHESTRATOR

APPLICATIONS

CONTAINER

CLUSTER RESOURCES

MICROSERVICE PLATFORM API Gateway

Micro Container

Configuration & Coordination

Diagnosability &Monitoring

Infrastructure-as-a-Service Bare Metal Local Host

ServiceClient

Service Discovery

DevOps Interface •deploy •rollback •scale •configure

Diagnose Interface •analyze logs •analyze metrics •analyze traces

Edge Interface •request service •authenticate

CLUSTER VIRTUALIZATION (computing, network, storage, memory)

CLUSTER RESOURCE MANAGER

CLUSTER ORCHESTRATOR

APPLICATIONS

CONTAINER

CLUSTER RESOURCES

MICROSERVICE PLATFORM API Gateway

Micro Container

Configuration & Coordination

Diagnosability &Monitoring

Infrastructure-as-a-Service Bare Metal Local Host

ServiceClient

Service Discovery

DevOps Interface •deploy •rollback •scale •configure

Diagnose Interface •analyze logs •analyze metrics •analyze traces

Edge Interface •request service •authenticate

Wie können den Containern die passenden Ressourcen

zugewiesen werden?

Wie entkoppelt man von physischer Hardware?

Wie führt man containerisierte Anwendungen im Cluster aus?

Wie entdeckt man Laufzeitanomalien und ihre

Ursachen?Wie ruft man resilient und

responsive andere Microservices auf?Wie führt man einen Microservice

aus?Wie erzeugt man cluster-weiten

Konsens zu Konfigurationswertenetc.

Wie exponiert man Services in das Internet?

Wie verwaltet man zentral die verfügbaren

Services und Endpunkte?

goo.gl/xrVg3J

CLUSTER VIRTUALIZATION (computing, network, storage, memory)

CLUSTER RESOURCE MANAGER

CLUSTER ORCHESTRATOR

APPLICATIONS

CONTAINER

CLUSTER RESOURCES

MICROSERVICE PLATFORM API Gateway

Micro Container

Configuration & Coordination

Diagnosability &Monitoring

Infrastructure-as-a-Service Bare Metal Local Host

ServiceClient

Service Discovery

DevOps Interface

Diagnose InterfaceEdge Interface

DER ZWITSCHER CLOUD NATIVE JEE SHOWCASE

ZWITSCHER-APP-HISTORY ZWITSCHER-APP-WIKIPEDIAZWITSCHER-APP-CHUCK

ZWITSCHER-APP-BOARD

Keyword Resultat + Keyword-Historie

random joke(weil jeder Chuck Norris Witz auf jedes Keyword matched)

JDBC Open API

ZWITSCHER-APP-CHUCK

fallback

https://github.com/adersberger/cloud-native-zwitscher-jee

SICHT DES ENTWICKLERSCLOUD NATIVE JEE

MICRO CONTAINER

DEPENDENCY INJECTION APPLICATION LIFECYCLE ENDPOINT EXPOSITION

DAS JEE MICRO CONTAINER ÖKOSYSTEM

http://wildfly-swarm.io

https://ee.kumuluz.com

http://microprofile.io (to come)

http://tomee.apache.org

http://www.payara.fish/payara_micro

EMBEDDED

implements (unstable)

JEE MICRO CONTAINER IM VERGLEICH

Payara Micro Wildfly Swarm TomEE kumuluzEEServlets et al. x x x xWebSockets x x x

JSF x x xJAX-RS x x x (TomEE+) xJAX-WS x x (TomEE+)EJB *2 x x x

CDI x x x xJTA x x xJCA x x (TomEE+)JMS x x (TomEE+)JPA x x x x

Bean Validation x x x xJBatch x x

Concurrency x xJCache x x

JEE Version JEE 7 Web Profile JEE 7 JEE 6, JEE 7 teilw.*1 JEE 7 teilw.Packetierung WAR + JAR JAR JAR classes + JARs

Startup-Dauer 4s 4s 2s 1sReferenz-Größe 57MB 83 MB 44 MB 15 MB

*1) http://tomee.apache.org/javaee7-status.html*2) http://stackoverflow.com/questions/13487987/where-to-use-ejb-3-1-and-cdi

@Path(“/joke") @RequestScopedpublic class ChuckJokeResource { @Inject private IcndbIntegration icndb; @GET @Produces("application/json") public Response getJoke() { Map<String, String> json = new HashMap<>(); json.put("message", icndb.getRandomJoke()); return Response.ok(json).build(); }}

@ApplicationPath("/chuck") public class ChuckJokeApplication extends ResourceConfig { public ChuckJokeApplication() { super(); register(ChuckJokeResource.class); }}

JAX-RS MIT CDI

bean-discovery-mode="all"

public class Main { /** * Starts the microservice container. * * Requires environment variable "PORT" according * on what port to listen. * * @param args no arguments evaluated */ public static void main(String[] args) { com.kumuluz.ee.EeApplication.main(args); }}

JEE MICRO CONTAINER STARTUP

SERVICE CLIENT SERVICE DISCOVERY LOAD BALANCING REQUEST MONITORING CIRCUIT BREAKING

SERVICE CLIENT MIT JERSEY, RXJAVA UND HYSTRIX

•Circuit Breaker (Resiliency) •Request Monitoring

•JAX-RS 2.0 REST Client•Parallele und asynchrone Ausführung (Responsive)

SERVICE CLIENT MIT JERSEY, RXJAVA AND HYSTRIX

@RequestScopedpublic class IcndbIntegration implements IChuckNorrisJokes { @Override public String getRandomJoke() { IcndbIntegrationCommand cmd = new IcndbIntegrationCommand(); return cmd.observe().toBlocking().toFuture().get(); } private class IcndbIntegrationCommand extends HystrixObservableCommand<String> { IcndbIntegrationCommand() { super(Setter.withGroupKey(HystrixCommandGroupKey.Factory.asKey("zwitscher")) .andCommandPropertiesDefaults(HystrixCommandProperties.Setter() .withExecutionTimeoutInMilliseconds(3000))); } @Override protected Observable<String> construct() { return RxObservable.newClient() .target("http://api.icndb.com").path("jokes/random").request(MediaType.APPLICATION_JSON_TYPE) .rx().get() .map(response -> { Map<String, Map<String, String>> json = response.readEntity(Map.class); return json.get("value").get("joke"); }); } }}

•Asnc bis zum Client mit dem Async-Support ab Servlet API 3 •Mehr Nebenläufigkeit ein Y-Stück Observable

FALLBACK WITZE

@RequestScopedpublic class IcndbIntegration implements IChuckNorrisJokes {

@Inject @Named("chucknorrisjoke-chucknorrisio") private IChuckNorrisJokes fallback;

@Override public Observable<String> getRandomJokeObservable() { return new IcndbIntegrationCommand().observe(); } //… private class IcndbIntegrationCommand extends HystrixObservableCommand<String> { //… @Override protected Observable<String> resumeWithFallback() { return fallback.getRandomJokeObservable(); } }}

MONITORING & DIAGNOSABILITY

METRIKEN LOGS TRACES DASHBOARDS & ALERTING

DAS MAGISCHE DREIECK DER DIAGNOSTIZIERBARKEIT

Metriken

Logs Traces

Cluster-wide Diagnosis

DIAGNOSTIZERBARKEIT: METRIKEN

DROP

WIZA

RD

METR

ICS

JERSEY

HYSTRIX

MICRO SERVICE

PROMETHEUS SERVLET

METRICS SERVLET

HYSTRIX SERVLET

Dashboard / Turbine

Health Checks

ServiceLookup

INSTRUMENTIERUNG

@ApplicationPath("/chuck") public class ChuckJokeApplication extends ResourceConfig { public ChuckJokeApplication() { super(); //Instrument application with metrics MetricRegistry METRIC_REGISTRY = MetricsProvider.getMetricRegistryInstance(); register(new InstrumentedResourceMethodApplicationListener(METRIC_REGISTRY)); HystrixPlugins.getInstance().registerMetricsPublisher( new HystrixCodaHaleMetricsPublisher(METRIC_REGISTRY)); //Register Prometheus metric exporter CollectorRegistry.defaultRegistry.register(new DropwizardExports(METRIC_REGISTRY)); }}

Die eingehenden REST-Aufrufe instrumentieren

Die ausgehenden REST-Aufrufe instrumentieren

Alle Metriken für Prometheus bereitstellen

Die MetricRegistry

holen (Singleton)

HYSTRIX DASHBOARD

SERVICE DISCOVERY SERVICE REGISTRATION SERVICE LOOKUP SERVICE HEALTH CHECKING

& API GATEWAY API EXPOSITION & REQUEST ROUTING AUTHENTICATION & AUTORISATION LOAD BALANCING & SHEDDING RATE LIMITING REQUEST MONITORING & AUDITING

DAS BIG PICTURE

MICRO SERVICE

SERVICE DISCOVERY

Servicesregistrieren

Interne Servicesregistrieren & auflösen

Web Requests

Routen ermitteln(per Polling)

API GATEWAY

HealthChecks

java.security.Security.setProperty("networkaddress.cache.ttl", "3" );

Web Request

SERVICE REGISTRATION IN EINEM JEE MICROSERVICE

@ApplicationPath("/chuck") public class ChuckJokeApplication extends ResourceConfig { @Inject public ChuckJokeApplication( @ConsulFabio IServiceDiscovery serviceDiscovery) { super(); //Register service serviceDiscovery.registerService( "zwitscher-chuck", "/chuck/joke"); }} Service-Name URL-Pfad zum Service-Endpunkt

SERVICE REGISTRATION: HEAVY LIFTING

/** * Registeres a service * * see https://github.com/eBay/fabio/wiki/Service-Configuration */public synchronized void registerService(String serviceName, String servicePath) { String applicationHost = getOutboundHost(); int applicationPort = getOutboundPort(); HostAndPort consulEndpoint = getConsulHostAndPort(); logger.info("Will register service on host {} and port {} at consul endpoint {}", applicationHost, applicationPort, consulEndpoint.toString()); //generate unique serviceId String serviceId = serviceName + "-" + applicationHost + ":" + applicationPort; String fabioServiceTag = "urlprefix-" + servicePath; //point healthcheck URL to dropwizard metrics healthcheck servlet URL serviceUrl = UrlBuilder.empty() .withScheme("http") .withHost(applicationHost) .withPort(applicationPort) .withPath("/metrics/ping").toUrl(); // Service bei Consul registrieren inklusive einem Health-Check auf die URL des REST-Endpunkts. logger.info("Registering service with ID {} and NAME {} with healthcheck URL {} and inbound ROUTE {}", serviceId, serviceName, serviceUrl, fabioServiceTag); //use consul API to register service ConsulClient client = new ConsulClient(consulEndpoint.toString()); NewService service = new NewService(); service.setId(serviceId); service.setName(serviceName); service.setPort(applicationPort); service.setAddress(applicationHost); List<String> tags = new ArrayList<>(); tags.add(fabioServiceTag); service.setTags(tags); //register health check NewService.Check check = new NewService.Check(); check.setHttp(serviceUrl.toString()); check.setInterval(ConsulFabioServiceDiscovery.HEALTHCHECK_INTERVAL + "s"); service.setCheck(check); client.agentServiceRegister(service);} public static String getOutboundHost() { String hostName = System.getenv(HOSTNAME_ENVVAR); String host = System.getenv(HOST_ENVVAR); if (hostName == null && host == null) return DEFAULT_HOST; else if (host != null) return host; else { File etcHosts = new File("/etc/hosts"); List<String> lines; try { lines = Files.readLines(etcHosts, Charset.defaultCharset()); } catch (IOException e) { return DEFAULT_HOST; } for (String line: lines){ if (!line.trim().startsWith("#") && !line.trim().isEmpty()) { String[] etcEntry = line.split("\\s+"); if (etcEntry[1].equals(hostName)) return etcEntry[0]; } } return DEFAULT_HOST; }} public static int getOutboundPort() { String portEnv = System.getenv(PORT_ENVVAR); if (portEnv == null) return DEFAULT_PORT; return Integer.valueOf(portEnv);} public static HostAndPort getConsulHostAndPort() { String consulEnv = System.getenv(CONSUL_ENVVAR); if (consulEnv == null) return HostAndPort.fromString(CONSUL_DEFAULT_HOSTANDPORT); else return HostAndPort.fromString(consulEnv);}

@ConsulFabio@ApplicationScopedpublic class ConsulFabioServiceDiscovery implements IServiceDiscovery {

den Host-Namen und Port ermitteln, den Consul sieht

den Health-Check Endpunkt ermitteln (MetricsServlet)

Metadaten für Fabio erzeugen

Service bei Consul registrieren (ebenso wie Diagnose- und Doku-Endpunkte)

ET VOILA: CONSUL MIT 3 REGISTRIERTEN SERVICE-INSTANZEN

ET VOILA: FABIO DIREKT AUS CONSUL BEDIENT

SICHT DES APPOPSCLOUD NATIVE JEE

DIE SICH SELBST AUSLIEFERNDE SOFTWARE

RUNNINGTESTED SOFTWAREINCREMENT

EVERYTHING AS CODE: •die Anwendung •die Tests •die Infrastruktur •der CD-Workflow{

WICHTIG SIND KURZE ROUNDTRIP-ZYKLEN

In-Process

Local Cluster

Remote Cluster

•längere Roundtrips •aber: realistischer

Vollständiges Deployment:

Einzelne Services:

https://github.com/qaware/gradle-cloud-deployer

MARATHON APP DEFINITION

{ "id": "/zwitscher", "groups": [ { "id": "/zwitscher/infrastructure", "apps": [ { "id": "consul", "cpus": 1, "mem": 256, "disk": 0, "instances": 1, "cmd": "/bin/consul agent -server -ui -advertise=$HOST -config-dir=/config -data-dir=/tmp/consul -bootstrap-expect=1 -node=consul-server -client=0.0.0.0", "container": { "docker": { "image": "gliderlabs/consul-server:0.6", "forcePullImage": true, "privileged": false, "network": "HOST", "portDefinitions": [ { "port": 8300, "protocol": "tcp", "name": "server-rpc" }, { "port": 8301, "protocol": "tcp", "name": "serf-lan" }, { "port": 8302, "protocol": "tcp", "name": "serf-wan" }, { "port": 8400, "protocol": "tcp", "name": "cli-rpc" }, { "port": 8500, "protocol": "tcp", "name": "http-api" }, { "port": 8600, "protocol": "udp", "name": "dns" } ], "requirePorts" : true } }, "env": { "GOMAXPROCS": "10" }, "healthChecks": [ { "protocol": "HTTP", "port": 8500, "path": "/v1/status/leader", "intervalSeconds": 10, "timeoutSeconds": 10, "maxConsecutiveFailures": 3 } ] }, { "id": "fabio", "cpus": 1, "mem": 256, "disk": 0, "instances": 1, "env": { "registry_consul_addr": "consul.infrastructure.zwitscher.marathon.mesos:8500" }, "container": { "docker": { "image": "magiconair/fabio:latest", "forcePullImage": true, "privileged": false, "network": "HOST", "portDefinitions": [ { "port": 9998, "protocol": "tcp", "name": "web-ui" }, { "port": 9999, "protocol": "tcp", "name": "proxy-port" } ], "requirePorts" : true } }, "acceptedResourceRoles":["slave_public"], "healthChecks": [ { "protocol": "HTTP", "port": 9998, "path": "/health", "intervalSeconds": 10, "timeoutSeconds": 10, "maxConsecutiveFailures": 3 } ] } ] }, { "id": "/zwitscher/services", "apps": [ { "id": "zwitscher-chuck", "cpus": 1, "mem": 256, "disk": 0, "instances": 1, "container": { "docker": { "image": "adersberger/zwitscher-app-chuck:1.0.0-SNAPSHOT", "forcePullImage": true, "privileged": false, "network": "HOST", "portDefinitions": [ { "port": 12340, "protocol": "tcp", "name": "rest-api" } ], "requirePorts" : true } }, "env": { "PORT": "12340", "CONSUL": "consul.infrastructure.zwitscher.marathon.mesos:8500", "CONFIG_ENV" : "zwitscher" }, "args": [ "-Xmx256m" ], "healthChecks": [ { "protocol": "HTTP", "port": 12340, "path": "/metrics/ping", "intervalSeconds": 10, "timeoutSeconds": 10, "maxConsecutiveFailures": 3 } ], "dependencies": [ "/zwitscher/infrastructure/consul" ] } ] } ]}

marathon-appgroup.json

/zwitscher

/infrastructure

/consul

/fabio

/service

/zwitscher-chuck

dependency

"healthChecks": [ { "protocol": “HTTP", "port": 9998, "path": "/health", "intervalSeconds": 10, "timeoutSeconds": 10, "maxConsecutiveFailures": 3 } ]

Health Checks:

"network": "HOST", "ports": [9998, 9999],"requirePorts" : true

Networking:

"acceptedResourceRoles":["slave_public"]API Gateway auf den Public Slaves:

"env": { "PORT": "12340", "CONSUL": "consul.infrastructure.zwitscher.marathon.mesos:8500"}, "args": ["-Xmx256m"]

Konfiguration:

"container": { "docker": { "image": "adersberger/zwitscher-app-chuck:1.0.0-SNAPSHOT", "forcePullImage": true

Immer das aktuelle Docker Image bekommen:

"dependencies": [ "/zwitscher/infrastructure/consul"]Startup-Abhängigkeiten (eher zu vermeiden):

FAZITCLOUD NATIVE JEE

FAZIT▸ Cloud Native JEE Anwendungen entwickeln ist möglich und macht Spaß

▸ Die JEE API ist per se noch nicht Cloud Native und wird dies auf absehbare Zeit auch nicht sein, kann aber entsprechend ergänzt werden, z.B. mit unserem JCloudEE Mini-Framework:

▸ Kurze Roundtrip-Zeiten sind essenziell für die produktive Entwicklung von Anwendungen. Bei Cloud Native Applications ist dabei die volle Portabilität von lokaler Ausführung bis auf ein Cluster in der Cloud essenziell.

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CompletableFuture<SoftwareArchitektIn> ich = CompletableFuture.supplyAsync(() -> erfindergeist() .handwerksstolz() );

CompletableFuture<Projekthaus> qaware = CompletableFuture.supplyAsync(() -> professionalität() .lässigkeit() );

Erfolg start = qaware.thenCombine(ich, (i, q) -> i.sendeBewerbung(q)) .join();

Weiter Details unter http://www.qaware.de/karriere/#jobs

https://www.qaware.de https://slideshare.net/qaware https://github.com/qaware

&

josef.adersberger@qaware.de @adersberger https://github.com/adersberger/cloud-native-zwitscher-jee